Gli astronomi hanno documentato un fenomeno straordinario: una stella in orbita attorno a un vorace buco nero supermassiccio, che ne sta strappando e divorando il materiale, mostra un’evidente oscillazione orbitale.
Questa osservazione fornisce la prova diretta di un fenomeno raro e sfuggente noto come “precessione Lense-Thirring” o “frame dragging” (trascinamento del sistema di riferimento). Questo effetto, denominato TDE AT2020afhd, si verifica quando un buco nero in rapida rotazione trascina con sé il tessuto stesso dello spazio e del tempo, creando un vortice.
Radici teoretiche nella relatività di Einstein
Il concetto di questo vortice dello spaziotempo affonda le sue radici nella teoria della relatività generale di Albert Einstein, formulata nel 1915. Tale teoria prevedeva che gli oggetti dotati di massa “deformassero” lo spaziotempo e che la gravità fosse una manifestazione di questo effetto geometrico. Successivamente, nel 1918, i fisici austriaci Josef Lense e Hans Thirring rafforzarono questo concetto, utilizzando la relatività generale per descrivere specificamente come gli oggetti massicci e rotanti trascinano lo spaziotempo.
L’osservazione di questo effetto è stata storicamente difficile per gli scienziati. La nuova ricerca apre quindi una promettente strada per lo studio di diversi fenomeni astrofisici. Essa offre un nuovo modo per indagare la rotazione dei buchi neri, il loro processo di accrescimento (come si nutrono della materia strappata alle stelle negli eventi di distruzione mareale, o TDE) e come questi TDE generino i potenti deflussi di materia, o getti.
dell’Università di Cardiff, ha dichiarato in una nota che questo studio presenta la prova più convincente della precessione di Lense-Thirring, descrivendo l’effetto come un buco nero che trascina lo spaziotempo in modo simile a come una trottola trascina l’acqua in un vortice. Ha definito la scoperta un “vero dono per i fisici”, non solo perché conferma previsioni formulate oltre un secolo fa, ma anche perché le osservazioni forniscono ulteriori dettagli sulla natura dei TDE.
Indagine sul TDE AT2020afhd
Il team di ricerca ha avviato lo studio della precessione di Lense-Thirring esaminando l’evento di distruzione mareale (TDE) denominato AT2020afhd. A tal fine, hanno utilizzato i dati a raggi X raccolti dalla sonda spaziale della NASA, il Neil Gehrels Swift Observatory (Swift), e le osservazioni di onde radio ottenute dal Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), situato sulla Terra.
Un TDE si verifica quando una stella si avvicina eccessivamente a un buco nero supermassiccio, la cui immensa influenza gravitazionale genera forze di marea. Queste forze comprimono la stella orizzontalmente e la allungano verticalmente, un processo noto come spaghettificazione. Questo crea un filamento di materia stellare che si avvolge attorno al buco nero, formando una nube appiattita chiamata disco di accrescimento.
La materia proveniente dal disco viene gradualmente inghiottita dal buco nero, ma questi colossi galattici sono alimentatori disordinati. Una porzione del materiale viene incanalata dai potenti campi magnetici presenti ai poli del buco nero e viene espulsa sotto forma di getti gemelli di plasma, che viaggiano a velocità prossime a quella della luce.
Sia il disco di accrescimento generato dal TDE, sia i getti che ne eruttano, irradiano intensamente attraverso lo spettro elettromagnetico. Poiché queste emissioni provengono dalle immediate vicinanze del buco nero, si ritiene che debbano essere influenzate dalla precessione di Lense-Thirring. Questo effetto si traduce in un’oscillazione ritmica nell’orbita della materia all’interno del disco di accrescimento attorno al buco nero supermassiccio.
Infatti, durante l’osservazione di AT2020afhd, il team ha riscontrato cambiamenti ritmici sia nei raggi X che nelle onde radio provenienti dall’evento. Ciò implica che il disco di accrescimento e il getto stessero oscillando all’unisono, con questo movimento che si ripeteva con una periodicità di 20 giorni terrestri.
La conferma del trascinamento dello Spazio-tempo
Il TDE AT2020afhd ha mostrato un comportamento unico rispetto ad altri eventi di distruzione mareale precedentemente studiati. Secondo Inserra, a differenza dei TDE che presentano segnali radio costanti, il segnale di AT2020afhd ha esibito cambiamenti a breve termine che non potevano essere attribuiti al rilascio di energia standard da parte del buco nero e dei suoi componenti circostanti. Questa anomalia ha ulteriormente confermato l’effetto di trascinamento nella mente dei ricercatori e offre agli scienziati un nuovo metodo per sondare i buchi neri.
Attraverso la modellazione dei dati raccolti dal telescopio Swift e dal VLA, il team è stato in grado di confermare che le variazioni osservate erano effettivamente il risultato del trascinamento dei fotogrammi (frame dragging). Ulteriori analisi di questi risultati potrebbero migliorare la comprensione scientifica della fisica sottostante l’effetto Lense-Thirring.
Inserra ha spiegato che la dimostrazione che un buco nero è in grado di trascinare lo spaziotempo e creare questo effetto sta portando a una migliore comprensione della meccanica del processo. Ha stabilito un parallelo: allo stesso modo in cui un oggetto carico genera un campo magnetico quando ruota, si sta osservando come un oggetto rotante massiccio, in questo caso un buco nero, generi un campo gravitomagnetico che influenza il movimento delle stelle e di altri oggetti cosmici nelle vicinanze.
Questo ci rammenta, in particolare durante le festività, che l’opportunità di identificare fenomeni straordinari in tutte le varianti prodotte dalla natura è alla nostra portata mentre ammiriamo il cielo notturno.
Lo studio è stato pubblicato su Science Advances.
